Kimyada konu metalleri yayınlayın. Metaller: metallerin ve alaşımların genel özellikleri

Metaller (Latin metalinden - maden, maden) - yüksek termal ve elektriksel iletkenlik, pozitif sıcaklık direnç katsayısı, yüksek süneklik ve metalik parlaklık gibi karakteristik metalik özelliklere sahip basit maddeler şeklinde bir grup element.

Şu anda keşfedilen (hepsi resmi olarak tanınmayan) 118 kimyasal elementten metaller şunları içerir:

Alkali metal grubunda 6 element,
6 alkali toprak metalleri grubunda,
38 geçiş metali grubunda,
Hafif metaller grubunda 11,
7 yarı metaller grubunda,
14 lantanitler + lantan grubundan,
Aktinitler grubunda 14 (tüm elementler için fiziksel özellikler çalışılmamıştır) + aktinyum,
belirli berilyum ve magnezyum gruplarının dışında.

Böylece keşfedilen tüm elementlerden 96'sı metallere ait olabilir.

Astrofizikte "metal" terimi farklı bir anlama sahip olabilir ve tüm kimyasal elementler helyumdan daha ağır

Metallerin karakteristik özellikleri

Metalik parlaklık (sadece metaller için karakteristik değildir: grafit formundaki metal olmayan iyot ve karbon da buna sahiptir)
İyi elektriksel iletkenlik
Hafif işleme imkanı
Yüksek yoğunluk (genellikle metaller metal olmayanlardan daha ağırdır)
Yüksek erime noktası (istisnalar: cıva, galyum ve alkali metaller)
Mükemmel termal iletkenlik
Reaksiyonlarda, çoğunlukla indirgeyici ajanlardır.

Metallerin fiziksel özellikleri

Normal koşullar altında tüm metaller (cıva ve şartlı olarak Fransa hariç) katı hal Bununla birlikte, farklı sertliklere sahiptir. Mohs ölçeğinde bazı metallerin sertliği aşağıdadır.

Erime noktaları saf metaller -39 °C (cıva) ile 3410 °C (tungsten) arasında değişir. Çoğu metalin (alkaliler hariç) erime noktası yüksektir, ancak kalay ve kurşun gibi bazı "normal" metaller, geleneksel bir elektrikli veya gazlı ocakta eritilebilir.

Bağlı olarak yoğunluk, metaller hafif (yoğunluk 0,53 ÷ 5 g / cm³) ve ağır (5 ÷ 22,5 g / cm³) olarak ayrılır. En hafif metal lityumdur (yoğunluk 0,53 g/cm³). Şu anda en ağır metali adlandırmak imkansızdır, çünkü en ağır iki metal olan osmiyum ve iridyum yoğunlukları neredeyse eşittir (yaklaşık 22.6 g / cm³ - kurşun yoğunluğunun tam olarak iki katı) ve kesin olarak hesaplanması son derece zordur. yoğunluk: bunun için tamamen temiz metallere ihtiyacınız var, çünkü herhangi bir kirlilik yoğunluklarını azaltır.

Çoğu metal plastik yani metal bir tel bükülebilir ve kırılmaz. Bunun nedeni, metal atomlarının katmanlarının aralarındaki bağı koparmadan yer değiştirmesidir. Plastiklerin çoğu altın, gümüş ve bakırdır. Altın, yaldız ürünleri için kullanılan 0.003 mm kalınlığında folyo yapmak için kullanılabilir. Ancak, tüm metaller plastik değildir. Çinko veya kalay tel büküldüğünde eziliyor; manganez ve bizmut deformasyon sırasında hiç bükülmez, hemen kırılır. Plastisite ayrıca metalin saflığına da bağlıdır; Bu nedenle, çok saf krom çok sünektir, ancak küçük safsızlıklarla kirlendiğinde kırılgan ve sert hale gelir. Altın, gümüş, kurşun, alüminyum, osmiyum gibi bazı metaller birlikte büyüyebilir, ancak bu on yıllar alabilir.

Tüm metaller iyidir elektrik akımı iletmek; bunun nedeni, bir elektrik alanının etkisi altında hareket eden hareketli elektronların kristal kafeslerinde bulunmasıdır. Gümüş, bakır ve alüminyum en yüksek elektrik iletkenliğine sahiptir; bu nedenle, son iki metal en çok teller için bir malzeme olarak kullanılır. Sodyum ayrıca çok yüksek bir elektrik iletkenliğine sahiptir; deney ekipmanında sodyum ile doldurulmuş ince duvarlı paslanmaz çelik borular şeklinde sodyum iletkenleri kullanma girişimleri bilinmektedir. Sodyumun düşük özgül ağırlığı ve eşit direnç nedeniyle, sodyum "telleri" bakırdan çok daha hafiftir ve hatta alüminyumdan biraz daha hafiftir.

Metallerin yüksek termal iletkenliği aynı zamanda serbest elektronların hareketliliğine de bağlıdır. Bu nedenle, termal iletkenlik serisi, elektriksel iletkenlik serisine benzer ve elektrik gibi en iyi ısı iletkeni gümüştür. Sodyum ayrıca iyi bir ısı iletkeni olarak kullanım alanı bulur; Örneğin, otomobil motorlarının valflerinde soğutmanın iyileştirilmesi için sodyum kullanımı yaygın olarak bilinmektedir.

Renkçoğu metal yaklaşık olarak aynıdır - mavimsi bir renk tonu ile açık gri. Altın, bakır ve sezyum sırasıyla sarı, kırmızı ve açık sarıdır.

Metallerin kimyasal özellikleri

Harici elektronik düzeyde, çoğu metalin az sayıda elektronu vardır (1-3), bu nedenle çoğu reaksiyonda indirgeyici ajanlar olarak hareket ederler (yani elektronlarını “verirler”)

Basit maddelerle reaksiyonlar

Altın ve platin hariç tüm metaller oksijenle reaksiyona girer. Gümüş ile reaksiyon yüksek sıcaklıklarda gerçekleşir, ancak termal olarak kararsız olduğu için gümüş(II) oksit pratik olarak oluşmaz. Metale bağlı olarak çıkış oksitler, peroksitler, süperoksitler olabilir:

lityum oksit

sodyum peroksit

potasyum süperoksit

Peroksitten oksit elde etmek için peroksit bir metal ile indirgenir:

Orta ve düşük aktif metallerde, reaksiyon ısıtıldığında meydana gelir:

Sadece en aktif metaller nitrojen ile reaksiyona girer, sadece lityum oda sıcaklığında etkileşerek nitrürler oluşturur:

Isıtıldığında:

Altın ve platin hariç tüm metaller kükürt ile reaksiyona girer:

Demir, sülfür oluşturmak üzere ısıtıldığında kükürt ile reaksiyona girer:

Yalnızca en aktif metaller hidrojenle, yani Be hariç IA ve IIA gruplarının metalleriyle reaksiyona girer. Reaksiyonlar ısıtıldığında gerçekleştirilir ve hidritler oluşur. Reaksiyonlarda metal indirgeyici ajan olarak davranır, hidrojenin oksidasyon durumu -1'dir:

Sadece en aktif metaller karbon ile reaksiyona girer. Bu durumda asetilenitler veya metanitler oluşur. Asetilitler, su ile etkileşime girdiğinde asetilen, metanitler - metan verir.

DI Mendeleev'in periyodik element tablosunda berilyumdan astatine bir köşegen çizersek, köşegende sol altta metal elementler olacaktır (bunlar ayrıca mavi ile vurgulanmış ikincil alt grupların elementlerini de içerir) ve üstte sağ - metal olmayan elemanlar (sarı renkle vurgulanmıştır). Köşegen yakınında bulunan elementler - yarı metaller veya metaloidler (B, Si, Ge, Sb, vb.) ikili bir karaktere sahiptir (pembe renkle vurgulanmıştır).

Şekilden de anlaşılacağı gibi elementlerin büyük çoğunluğu metallerdir.

Metaller, kimyasal yapıları gereği, atomları dış veya ön-dış enerji düzeylerinden elektronlar veren ve böylece pozitif yüklü iyonlar oluşturan kimyasal elementlerdir.

Hemen hemen tüm metaller, dış enerji seviyesinde nispeten büyük yarıçaplara ve az sayıda elektrona (1'den 3'e kadar) sahiptir. Metaller, düşük elektronegatiflik değerleri ve indirgeme özellikleri ile karakterize edilir.

En tipik metaller, periyotların başında (ikinciden başlayarak) bulunur, soldan sağa doğru metalik özellikler zayıflar. Yukarıdan aşağıya bir grupta, metalik özellikler artar, çünkü atomların yarıçapı artar (enerji seviyelerinin sayısındaki artıştan dolayı). Bu, elementlerin elektronegatifliğinde (elektron çekme yeteneği) bir azalmaya ve indirgeme özelliklerinde (kimyasal reaksiyonlarda diğer atomlara elektron bağışlama yeteneği) bir artışa yol açar.

tipik metaller s elementleridir (Li'den Fr'ye IA grubunun elementleri. PA grubunun Mg'den Ra'ya elementleri). Atomlarının genel elektronik formülü ns 1-2'dir. Sırasıyla + I ve + II oksidasyon durumları ile karakterize edilirler.

Tipik metal atomlarının dış enerji seviyesindeki az sayıda elektron (1-2), bu elektronların kolayca kaybedildiğini ve düşük elektronegatiflik değerlerini yansıtan güçlü indirgeme özelliklerinin tezahürünü gösterir. Bu, tipik metalleri elde etmek için sınırlı kimyasal özellikler ve yöntemler anlamına gelir.

Tipik metallerin karakteristik bir özelliği, atomlarının metal olmayan atomlarla katyonlar ve iyonik kimyasal bağlar oluşturma eğilimidir. Metal olmayan tipik metallerin bileşikleri iyonik kristallerdir "metal olmayan metal katyon anyonu", örneğin, K + Br -, Ca2+ O 2-. Tipik metal katyonları ayrıca kompleks anyonlar - hidroksitler ve tuzlar, örneğin Mg 2+ (OH -) 2, (Li +) 2C03 2- içeren bileşiklere dahil edilir.

Amfoterik diyagonali oluşturan A grubu metaller Periyodik sistem Be-Al-Ge-Sb-Ro ve bunlara bitişik metaller (Ga, In, Tl, Sn, Pb, Bi) tipik olarak metalik özellikler göstermezler. Atomlarının genel elektronik formülü ns 2 np 0-4 daha fazla oksidasyon durumu, kendi elektronlarını daha fazla tutma yeteneği, indirgeme yeteneklerinde kademeli bir azalma ve özellikle de oksidasyon yeteneğinin ortaya çıkması anlamına gelir. yüksek dereceler oksidasyon (tipik örnekler Tl III, Pb IV, Bi v bileşikleridir). Benzer kimyasal davranış da çoğu (d-elemanları, yani Periyodik sistemin B-gruplarının elemanları) karakteristiktir. tipik örnekler- amfoterik elementler Cr ve Zn).

Hem metalik (bazik) hem de metalik olmayan özelliklerin bu ikiliği (amfoterisite) tezahürü, kimyasal bağın doğasından kaynaklanmaktadır. Katı halde, tipik olmayan metallerin ametallerle bileşikleri ağırlıklı olarak kovalent bağlar içerir (ancak ametaller arasındaki bağlardan daha az güçlüdür). Çözeltide bu bağlar kolayca kırılır ve bileşikler iyonlara (tamamen veya kısmen) ayrışır. Örneğin, galyum metali Ga 2 moleküllerinden oluşur, katı halde alüminyum ve cıva (II) klorürler AlCl3 ve HgCl2 güçlü kovalent bağlar içerir, ancak bir çözeltide AlCl3 neredeyse tamamen ayrışır ve HgCl2 - çok küçük ölçüde (ve o zaman bile HgCl + ve Cl - iyonlarına).

Metallerin genel fiziksel özellikleri

Kristal kafeste serbest elektronların ("elektron gazı") mevcudiyeti nedeniyle, tüm metaller aşağıdaki karakteristik genel özellikleri sergiler:

1) Plastik- kolayca şekil değiştirme, bir tele gerdirme, ince tabakalar halinde yuvarlanma yeteneği.

2) Metalik parlaklık ve opaklık. Bunun nedeni, metal üzerine düşen ışık ile serbest elektronların etkileşimidir.

3) Elektiriksel iletkenlik. Küçük bir potansiyel farkının etkisi altında serbest elektronların negatiften pozitif kutba yönlendirilmiş hareketi ile açıklanır. Isıtıldığında, elektrik iletkenliği azalır, çünkü. sıcaklık yükseldikçe, kristal kafesin düğümlerindeki atomların ve iyonların titreşimleri artar, bu da "elektron gazının" yönlendirilmiş hareketini zorlaştırır.

4) Termal iletkenlik. Sıcaklığın metal kütlesi ile hızlı bir şekilde eşitlenmesi nedeniyle serbest elektronların yüksek hareketliliğinden kaynaklanmaktadır. En yüksek termal iletkenlik bizmut ve cıvadadır.

5) Sertlik. En zoru kromdur (cam keser); en yumuşak - alkali metaller - potasyum, sodyum, rubidyum ve sezyum - bir bıçakla kesilir.

6) Yoğunluk. Daha az, daha az atom kütlesi metal ve daha büyük atom yarıçapı. En hafifi lityumdur (ρ=0,53 g/cm3); en ağırı osmiyumdur (ρ=22,6 g/cm3). Yoğunluğu 5 g/cm3'ten az olan metaller "hafif metaller" olarak kabul edilir.

7) Erime ve kaynama noktaları. En eriyebilir metal cıvadır (m.p. = -39°C), en dirençli metal tungstendir (t°m. = 3390°C). t°pl ile metaller. 1000°C'nin üstü refrakter, düşük erime noktası olarak kabul edilir.

Metallerin genel kimyasal özellikleri

Güçlü indirgeyici maddeler: Me 0 – nē → Me n +

Bir dizi stres, sulu çözeltilerdeki redoks reaksiyonlarında metallerin karşılaştırmalı aktivitesini karakterize eder.

I. Metallerin metal olmayanlarla reaksiyonları

1) Oksijen ile:
2Mg + O2 → 2MgO

2) Kükürt ile:
Hg + S → HgS

3) Halojenlerle:
Ni + Cl 2 – t° → NiCl 2

4) Azot ile:
3Ca + N 2 – t° → Ca 3 N 2

5) Fosforlu:
3Ca + 2P – t° → Ca 3 P 2

6) Hidrojen ile (sadece alkali ve toprak alkali metaller reaksiyona girer):
2Li + H 2 → 2LiH

Ca + H 2 → CaH 2

II. Metallerin asitlerle reaksiyonları

1) H'ye kadar elektrokimyasal voltaj serilerinde duran metaller, oksitleyici olmayan asitleri hidrojene indirger:

Mg + 2HCl → MgCl 2 + H2

2Al+ 6HCl → 2AlCl 3 + 3H 2

6Na + 2H 3 PO 4 → 2Na 3 PO 4 + 3H 2

2) Oksitleyici asitlerle:

Herhangi bir konsantrasyondaki nitrik asidin ve metallerle konsantre sülfürik asidin etkileşiminde hidrojen asla serbest bırakılmaz!

Zn + 2H 2 SO 4 (K) → ZnSO 4 + SO 2 + 2H 2 O

4Zn + 5H 2 SO 4(K) → 4ZnSO 4 + H 2 S + 4H 2 O

3Zn + 4H 2 SO 4(K) → 3ZnSO 4 + S + 4H 2 O

2H 2 SO 4 (c) + Cu → Cu SO 4 + SO 2 + 2H 2 O

10HNO 3 + 4Mg → 4Mg(NO 3) 2 + NH 4 NO 3 + 3H 2 O

4HNO 3 (c) + Сu → Сu (NO 3) 2 + 2NO 2 + 2H 2 O

III. Metallerin su ile etkileşimi

1) Aktif (alkali ve toprak alkali metaller) çözünür bir baz (alkali) ve hidrojen oluşturur:

2Na + 2H20 → 2NaOH + H2

Ca+ 2H 2 O → Ca(OH) 2 + H 2

2) Orta aktiviteli metaller, okside ısıtıldığında su tarafından oksitlenir:

Zn + H 2 O – t° → ZnO + H 2

3) Aktif değil (Au, Ag, Pt) - tepki vermeyin.

IV. Tuzlarının çözeltilerinden daha az aktif metallerin daha aktif metallerinin yer değiştirmesi:

Cu + HgCl 2 → Hg + CuCl 2

Fe+ CuSO 4 → Cu+ FeSO 4

Endüstride genellikle saf metaller kullanılmaz, ancak bunların karışımları - alaşımlar bir metalin faydalı özelliklerinin diğerinin faydalı özellikleriyle tamamlandığı. Bu nedenle, bakırın sertliği düşüktür ve makine parçalarının imalatında çok az kullanılırken, çinko ile bakır alaşımları ( pirinç) zaten oldukça zordur ve makine mühendisliğinde yaygın olarak kullanılmaktadır. Alüminyum, yüksek sünekliğe ve yeterli hafifliğe (düşük yoğunluklu) sahiptir, ancak çok yumuşaktır. Temel olarak, magnezyum, bakır ve manganez içeren bir alaşım hazırlanır - kaybetmeden duralumin (duralumin) faydalı özellikler alüminyum, yüksek sertlik kazanır ve uçak endüstrisine uygun hale gelir. Karbonlu demir alaşımları (ve diğer metallerin ilaveleri) yaygın olarak bilinmektedir. dökme demir ve Çelik.

Serbest formdaki metaller indirgeyici ajanlar. Ancak tepkisellik bazı metaller kaplanmış oldukları için küçüktür yüzey oksit filmi, su, asit çözeltileri ve alkaliler gibi kimyasal reaktiflerin etkisine değişen derecelerde dirençlidir.

Örneğin, kurşun her zaman bir oksit film ile kaplanır; çözeltiye geçişi sadece bir reaktife (örneğin seyreltik nitrik asit) maruz kalmayı değil, aynı zamanda ısıtmayı da gerektirir. Alüminyum üzerindeki oksit filmi, su ile reaksiyonunu engeller, ancak asitlerin ve alkalilerin etkisi altında yok edilir. Gevşek oksit filmi (pas), nemli havada demir yüzeyinde oluşan, demirin daha fazla oksidasyonunu engellemez.

Etkisi altında konsantre asitler metallerde oluşur sürdürülebilir oksit filmi. Bu fenomene denir pasivasyon. Yani, konsantre sülfürik asit Be, Bi, Co, Fe, Mg ve Nb gibi metaller ve konsantre nitrik asit - metaller A1, Be, Bi, Co, Cr, Fe, Nb, Ni, Pb gibi metaller pasifleştirilir (ve daha sonra asitle reaksiyona girmez) , Th ve Ü.

Asidik çözeltilerde oksitleyici ajanlarla etkileşime girdiğinde, çoğu metal, yükü belirli bir elementin bileşiklerdeki kararlı oksidasyon durumu tarafından belirlenen katyonlara dönüşür (Na +, Ca 2+, A1 3+, Fe 2+ ve Fe 3 +)

Asidik bir çözeltideki metallerin indirgeme aktivitesi, bir dizi gerilim ile iletilir. Metallerin çoğu hidroklorik ve seyreltik sülfürik asitlerle bir çözeltiye dönüştürülür, ancak Cu, Ag ve Hg - sadece sülfürik (konsantre) ve nitrik asitlerle ve Pt ve Au - "aqua regia" ile.

metallerin korozyonu

Metallerin istenmeyen bir kimyasal özelliği, su ile temas halinde ve içinde çözünmüş oksijenin etkisi altında aktif yıkımıdır (oksidasyon). (oksijen korozyonu).Örneğin, demir ürünlerinin sudaki korozyonu yaygın olarak bilinir, bunun sonucunda pas oluşur ve ürünler toz haline gelir.

Metallerin korozyonu, çözünmüş CO2 ve SO2 gazlarının mevcudiyeti nedeniyle de suda ilerler; asidik bir ortam yaratılır ve H + katyonları, hidrojen H2 formundaki aktif metaller tarafından yer değiştirir ( hidrojen korozyonu).

Birbirine benzemeyen iki metal arasındaki temas noktası özellikle aşındırıcı olabilir ( temas korozyonu). Fe gibi bir metal ile suya yerleştirilen Sn veya Cu gibi başka bir metal arasında galvanik bir çift belirir. Elektronların akışı, gerilim dizisinde (Re) solda olan daha aktif metalden daha az aktif metale (Sn, Cu) doğru gider ve daha aktif metal yok edilir (korozyona uğrar).

Bu nedenle teneke kutuların (kalay kaplı demir) nemli bir ortamda saklandığında ve dikkatsizce kullanıldığında paslanır (demir, küçük bir çizik bile göründükten sonra hızla çökerek, demirin nemle temas etmesine izin verir). Aksine, bir demir kovanın galvanizli yüzeyi uzun süre paslanmaz, çünkü çizikler olsa bile paslanan demir değil çinkodur (demirden daha aktif bir metal).

Belirli bir metal için korozyon direnci, daha aktif bir metalle kaplandığında veya kaynaştırıldığında artar; örneğin, demiri kromla kaplamak veya bir demir alaşımını kromla yapmak demirin korozyonunu ortadan kaldırır. Krom kaplı demir ve krom içeren çelik ( paslanmaz çelik) yüksek korozyon direncine sahiptir.

elektrometalurji yani, eriyiklerin (en aktif metaller için) veya tuz çözeltilerinin elektrolizi yoluyla metallerin elde edilmesi;

pirometalurji yani, yüksek sıcaklıkta cevherlerden metallerin geri kazanılması (örneğin, demir üretimi etki alanı süreci);

hidrometalurji yani, daha aktif metaller tarafından tuzlarının çözeltilerinden metallerin izolasyonu (örneğin, çinko, demir veya alüminyumun etkisiyle bir CuS04 çözeltisinden bakır üretimi).

Doğal metaller bazen doğada bulunur (tipik örnekler Ag, Au, Pt, Hg'dir), ancak daha sıklıkla metaller bileşikler şeklindedir ( metal cevherler). yaygınlık açısından yerkabuğu metaller farklıdır: en yaygın olanlardan - Al, Na, Ca, Fe, Mg, K, Ti) en nadir olana - Bi, In, Ag, Au, Pt, Re.

Metaller, yüksek elektriksel iletkenlik özelliğine sahip kimyasal elementlerdir. Metal atomları, iyonlar (pozitif yüklü parçacıklar) oluştururken, dış veya ön-dış enerji seviyelerinde bulunan elektronlarının belirli bir miktarını bağışlayabilirler.

Bugün 114 kimyasal element bilinmektedir. Bunlardan 96'sı metaldir. Metaller olmadan, saf formlarında veya bileşiklerinde, tüm canlı organizmaların yaşam süreçlerine aktif olarak katılan organik ve mineral ortamın en önemli bileşeni oldukları için Dünya'daki yaşam imkansız olurdu.

Birkaç istisna dışında tüm metallerin molekülleri, dış enerji seviyesinde yer alan büyük yarıçaplara ve az sayıda elektrona sahiptir. Bu elektronların sayısı birden üçe kadar olabilir. İstisnalar, dış seviyesindeki elektron sayısı 4 olan kurşun; 5 elektronlu bizmut; 6 elektronlu polonyum; Germanyum, antimon ve kalay.

Ayrıca özellik bu grubun tüm unsurları, küçük elektronegatiflik değerleri ve iyileşme olasılığıdır.

Periyodik tablo, tüm elementleri koşullu olarak metallere ve metal olmayanlara ayırır. Bir maddenin metallere ait olup olmadığını öğrenmek için bir astatin-bor diyagonali çizmeniz gerekir. Sağda, ana alt gruplarda metal olmayanlar ve solda metaller (soy gazlar hariç) bulunacaktır. Bu özelliğe yakın olan tüm elementlere metaloidler denir, bu da hem metalik hem de metalik olmayan özelliklere sahip oldukları anlamına gelir. Bu elementler bor, silisyum, arsenik, germanyum, tellür, antimon ve polonyumdur.

Metaller ayrıca geçiş ve geçiş metalleri olarak ikiye ayrılır. Böyle bir sınıflandırma, elementin periyodik tablodaki konumundan kaynaklanır. Geçiş metalleri ikincil alt gruplar olarak sınıflandırılır ve geçiş metalleri ana olarak sınıflandırılır. Ana alt grupların metal molekülleri, elektronlarla dolu s ve p alt seviyelerine sahiptir; ve yan alt grupların molekülleri d- ve f-düzeyleridir.

Kimyasal özelliklerine göre, tüm metaller, pozitif iyonlar oluşturan değerlik elektronlarının kolay geri dönüşü ile ayırt edilir. Bu nedenle serbest haldeki tüm metaller indirgeyici ajanlardır.

Her elementin kendi indirgeme kabiliyeti vardır ve metalin elektrokimyasal voltaj serisindeki konumu ile belirlenir. Bu seri, sulu bir ortamda redoks reaksiyonları meydana geldiğinde sergiledikleri metallerin kimyasal aktivitesini karakterize eder ve aşağıdaki forma sahiptir:

Li K Rb Cs Ca Na Mg Al Mn Zn Cr Cr Fe Ni Sn Pb Cu Hg Ag Pt Ag Pt Au

Serideki ilk metaller, maksimum indirgeme özelliklerine ve minimum oksitleme özelliklerine sahip metallerdir. Azalan sırada elementlerin indirgeyici özellikleri azalır ve oksitleyici özellikleri artar.

Alkali metaller havada bulunan oksijen tarafından kolayca oksitlenebilir. Ayrıca basit maddelerle de reaksiyona girerler, bakır ve demir sadece ısıtıldığında reaksiyona girer ve platin ve altın hiç oksitlenmez. Bazı metaller yüzeyde bir oksit filmi oluşturur ve başka oksidasyon işlemi olmaz.

Bir saniyeliğine etrafa bak... Kaç tane metal şey görebiliyorsun? Genellikle metal deyince aklımıza parlak ve dayanıklı maddeler gelir. Ancak aynı zamanda gıdalarımızda ve vücudumuzda da bulunurlar. hadi tanışalım tam liste metaller, bilim tarafından bilinen, temel özelliklerini öğrenin ve neden bu kadar özel olduklarını öğrenin.

Elektronlarını kolayca kaybeden, parlak (yansıtıcı), dövülebilir (başka şekillerde kalıplanabilir), ısı ve elektriği iyi ileten elementlere metal denir. Yalnızca yapıların ve teknolojilerin bir parçası değil, aynı zamanda neredeyse tüm öğelerin üretimi için gerekli oldukları için yaşam tarzımız için çok önemlidirler. metal bile var insan vücudu. Bir multivitaminin içerik etiketine baktığınızda, listelenmiş düzinelerce bileşik göreceksiniz.

Sodyum, kalsiyum, magnezyum ve çinko gibi elementlerin yaşam için gerekli olduğunu bilmiyor olabilirsiniz ve eğer vücudumuzdan alınmazlarsa sağlığımız ciddi anlamda tehlikede olabilir. Örneğin, kalsiyum sağlıklı kemikler için, magnezyum ise metabolizma için gereklidir. Çinko, bağışıklık sistemi işlevini geliştirirken, demir, kan hücrelerinin vücutta oksijen taşımasına yardımcı olur. Ancak vücudumuzdaki metaller, bir kaşıktaki veya çelik köprüdeki metalden elektron kaybetmeleri bakımından farklıdır. Bunlara katyon denir.

Metallerin ayrıca antibiyotik özellikleri vardır, bu nedenle halka açık yerlerde korkuluklar ve kulplar genellikle bu elementlerden yapılır. Bakterilerin üremesini önlemek için birçok aletin gümüşten yapıldığı bilinmektedir. Yapay eklemler, hem enfeksiyonu önleyen hem de alıcıları daha güçlü kılan titanyum alaşımlarından yapılmıştır.

Periyodik tablodaki metaller

Dmitri Mendeleev'deki tüm elementler iki büyük gruba ayrılır: metaller ve metal olmayanlar. Birincisi en kalabalık olanıdır. Çoğu element metaldir (mavi). Tablodaki metal olmayanlar sarı bir arka plan üzerinde gösterilmiştir. Metaloidler (kırmızı) olarak sınıflandırılan bir grup element de vardır. Tüm metaller tablonun sol tarafında gruplandırılmıştır. Hidrojenin sol üst köşede metallerle gruplandırıldığına dikkat edin. Buna rağmen, metalik olmadığı kabul edilir. Bununla birlikte, bazı bilim adamları, Jüpiter gezegeninin çekirdeğinde metalik hidrojen olabileceğini teorize ediyorlar.

metal yapıştırma

Bir elementin harika ve kullanışlı özelliklerinin çoğu, atomlarının birbirine nasıl bağlandığıyla ilgilidir. Bu, belirli bağlantılar oluşturur. Atomların metalik etkileşimi, metalik yapıların oluşmasına yol açar. Bu öğenin herhangi bir örneği Günlük yaşam, arabadan cebinizdeki bozuk paraya, metal bir bağlantı içerir.

Bu işlem sırasında metal atomları dış elektronlarını birbirleriyle eşit olarak paylaşırlar. Pozitif yüklü iyonlar arasında akan elektronlar, ısıyı ve elektriği kolayca iletir, bu da bu elementleri ısı ve elektriği çok iyi iletir hale getirir. Güç kaynağı için bakır teller kullanılır.

metallerin reaksiyonları

Reaktivite, bir elementin çevresindeki kimyasallarla reaksiyona girme eğilimini ifade eder. O farklı. Potasyum ve sodyum gibi bazı metaller (periyodik tablonun 1. ve 2. sütunlarında), birçok farklı kimyasalla kolayca reaksiyona girer ve nadiren saf, temel formlarında bulunurlar. Her ikisi de genellikle yalnızca bileşiklerde (bir veya daha fazla başka elemente bağlı) veya iyonlar halinde (temel formlarının yüklü bir versiyonu) bulunur.

Öte yandan, başka metaller de var, bunlara mücevher de deniyor. Altın, gümüş ve platin çok reaktif değildir ve genellikle saf formlarında bulunur. elektronları metal olmayanlardan daha kolay kaybederler, ancak sodyum gibi reaktif metaller kadar kolay değil. Platin nispeten reaktif değildir ve oksijenle reaksiyonlara karşı çok dirençlidir.

Eleman özellikleri

Alfabeyi öğrendiğinde ilkokul, tüm harflerin kendi benzersiz özelliklere sahip olduğunu keşfettiniz. Örneğin, bazılarının düz çizgileri, bazılarının eğrileri ve diğerlerinin her iki türü de vardı. Aynı şey elementler için de söylenebilir. Her birinin kendine özgü fiziksel ve kimyasal özellikleri vardır. Fiziksel özellikler, belirli maddelerde bulunan niteliklerdir. Parlak olsun olmasın, ısıyı ve elektriği ne kadar iyi ilettiği, hangi sıcaklıkta eridiği, yoğunluğu ne kadar yüksek.

Kimyasal özellikler, yanarlarsa oksijene maruz kalmaya tepki verirken gözlemlenen nitelikleri içerir (kimyasal reaksiyon sırasında elektronlarını tutmaları ne kadar zor olacaktır). Farklı unsurlar ortak özellikleri paylaşabilir. Örneğin demir ve bakır elektriği ileten elementlerdir. Ancak, aynı özelliklere sahip değiller. Örneğin, demir nemli havaya maruz kaldığında paslanır, ancak bakır aynı koşullara maruz kaldığında spesifik bir yeşil kaplama kazanır. Bu yüzden Özgürlük Heykeli yeşildir ve paslı değildir. Demirden değil bakırdan yapılmıştır).

Elementlerin Düzenlenmesi: Metaller ve Ametaller

Elementlerin bazı ortak ve benzersiz özellikler, bunları periyodik tablo adı verilen güzel ve düzenli bir çizelgeye ayırmanıza olanak tanır. Elementleri atom numaralarına ve özelliklerine göre düzenler. Böylece, periyodik tabloda, ortak özelliklere sahip birlikte gruplandırılmış elementler buluyoruz. Demir ve bakır birbirine yakındır, ikisi de metaldir. Demir "Fe" simgesiyle, bakır ise "Cu" simgesiyle gösterilir.

Periyodik tablodaki elementlerin çoğu - ve tablonun sol tarafında olma eğilimindedirler. Belirli fiziksel ve kimyasal özelliklere sahip oldukları için birlikte gruplandırılırlar. Örneğin metaller yoğundur, parlaktır, ısı ve elektriği iyi iletirler ve kimyasal reaksiyonlarda kolayca elektron kaybederler. Buna karşılık, metal olmayanlar zıt özelliklere sahiptir. Yoğun değildirler, ısı ve elektriği iletmezler ve elektronları vermek yerine kazanmaya eğilimlidirler. Periyodik tabloya baktığımızda ametallerin çoğunun sağda gruplandığını görürüz. Bunlar helyum, karbon, azot ve oksijen gibi elementlerdir.

Ağır metaller nelerdir?

Metallerin listesi oldukça fazladır. Kalsiyumun bir analoğu olan doğal stronsiyum (formül Sr) gibi bazıları vücutta birikebilir ve vücuda zarar vermez, çünkü kemik dokusunda verimli bir şekilde biriktirilir. Hangilerine ağır denir ve neden? Dört örnek düşünün: kurşun, bakır, cıva ve arsenik.

Bu elementler nerede bulunur ve çevreyi ve insan sağlığını nasıl etkiler? Ağır metaller, diğer metallere kıyasla çok yüksek yoğunluğa sahip, doğal olarak oluşan metalik bileşiklerdir - suyun yoğunluğunun en az beş katı. İnsanlar için zehirlidirler. Küçük dozlar bile ciddi sonuçlara yol açabilir.

Öncülük etmek. İnsanlar, özellikle çocuklar için toksik olan ağır bir metaldir. Bu madde ile zehirlenme nörolojik sorunlara yol açabilir. Esnekliği, yüksek yoğunluğu ve zararlı radyasyonu emme yeteneği nedeniyle bir zamanlar çok çekici olmasına rağmen, kurşun birçok yönden aşamalı olarak kullanımdan kaldırılmıştır. Yeryüzünde bulunan bu yumuşak, gümüşi metal insanlar için tehlikelidir ve zamanla vücutta birikir. İşin kötüsü bundan kurtulamayacaksın. Orada oturur, vücudu biriktirir ve yavaş yavaş zehirler. Kurşun sinir sistemi için toksiktir ve çocuklarda ciddi beyin hasarına neden olabilir. 1800'lerde makyaj yapmak için yaygın olarak kullanıldı ve 1978'e kadar saç boyasının bileşenlerinden biri olarak kullanıldı. Günümüzde kurşun esas olarak büyük pillerde, ekranlar olarak kullanılmaktadır. röntgen veya radyoaktif malzeme için yalıtım.
Bakır. Birçok kullanımı olan kırmızımsı kahverengi bir ağır metaldir. Bakır hala en iyi elektrik ve ısı iletkenlerinden biridir ve birçok elektrik teli bu metalden yapılır ve plastikle kaplanır. Çoğunlukla küçük değişiklikler olan madeni paralar da periyodik sistemin bu unsurundan yapılır. Akut bakır zehirlenmesi nadirdir, ancak kurşun gibi dokularda birikebilir ve sonunda toksisiteye yol açabilir. Çok miktarda bakır veya bakır tozuna maruz kalan kişiler de risk altındadır.
Merkür. Bu metal herhangi bir biçimde toksiktir ve cilt tarafından bile emilebilir. Eşsizliği, oda sıcaklığında sıvı olması gerçeğinde yatmaktadır, bazen "hızlı gümüş" olarak adlandırılır. Bir termometrede görülebilir, çünkü bir sıvı olarak ısıyı emer, en ufak bir sıcaklık farkıyla bile hacmini değiştirir. Bu, cıvanın cam tüpte yükselmesine veya düşmesine izin verir. Bu madde güçlü bir nörotoksin olduğu için birçok firma kırmızı renkli olanlara geçiş yapıyor.
Arsenik. Roma döneminden Viktorya dönemine kadar arsenik "zehirlerin kralı" ve aynı zamanda "kralların zehri" olarak kabul edildi. Tarih, kokusuz, renksiz ve tatsız arsenik bileşikleri kullanarak kişisel kazanç için cinayet işleyen hem kraliyet hem de halktan sayısız örnekle dolu. Her şeye rağmen olumsuz etkiler, bu metaloidin tıpta bile kullanımları vardır. Örneğin, arsenik trioksit, akut promiyelositik lösemi hastalarını tedavi etmek için kullanılan çok etkili bir ilaçtır.

Değerli metal nedir?

Kıymetli bir metal, nadir veya madenciliği zor olabilen ve ekonomik olarak çok değerli olabilen bir metaldir. Değerli metallerin listesi nedir? Toplamda üç tane var:

Platin. Refrakterliğine rağmen mücevher, elektronik, otomobil, kimyasal süreçler ve hatta tıpta.
Altın. Bu değerli metal, mücevher ve altın sikke yapmak için kullanılır. Ancak, başka birçok kullanımı vardır. Tıpta, imalatta ve laboratuvar ekipmanlarında kullanılır.
Gümüş rengi. Bu asil metal gümüşi beyaz renktedir ve çok dövülebilir. saf haliyle oldukça ağırdır, kurşundan daha hafiftir, fakat bakırdan daha ağırdır.

Metaller: türleri ve özellikleri

Çoğu element metal olarak kabul edilebilir. Masanın sol tarafında ortada gruplandırılmışlardır. Metaller alkali, toprak alkali, geçiş, lantanitler ve aktinitlerdir.

Hepsinin birkaç ortak özelliği var, bunlar:

oda sıcaklığında katı (cıva hariç);
genellikle parlak;
yüksek erime noktasına sahip;
iyi ısı ve elektrik iletkeni;
düşük iyonizasyon yeteneği ile;
düşük elektronegatiflik ile;
dövülebilir (belirli bir şekli alabilir);
plastik (bir tele çekilebilir);
yüksek yoğunluklu;
tepkimelerde elektron kaybeden madde.

Bilim tarafından bilinen metallerin listesi

lityum;
berilyum;
sodyum;
magnezyum;
alüminyum;
potasyum;
kalsiyum;
skandiyum;
titanyum;
vanadyum;
krom;
manganez;
ütü;
kobalt;
nikel;
bakır;
çinko;
galyum;
rubidyum;
stronsiyum;
itriyum;
zirkonyum;
niyobyum;
molibden;
teknesyum;
rutenyum;
rodyum;
paladyum;
gümüş rengi;
kadmiyum;
indiyum;
kopernik;
sezyum;
baryum;
teneke;
ütü;
bizmut;
öncülük etmek;
Merkür;
tungsten;
altın;
platin;
osmiyum;
hafniyum;
germanyum;
iridyum;
niyobyum;
renyum;
antimon;
talyum;
tantal;
fransiyum;
karaciğer moru.

Toplamda, çoğu metal olan yaklaşık 105 kimyasal element bilinmektedir. İkincisi, hem saf halde hem de çeşitli bileşiklerin bir parçası olarak ortaya çıkan doğada çok yaygın bir elementtir.

Metaller dünyanın bağırsaklarında oluşur, çeşitli su kütlelerinde, hayvan ve insan vücutlarının bileşiminde, bitkilerde ve hatta atmosferde bulunabilirler. Periyodik tabloda, lityumdan (Li formülüne sahip bir metal) karaciğer moriumuna (Lv) kadar uzanırlar. Tablo yeni elementlerle doldurulmaya devam ediyor ve bunlar çoğunlukla metal.

Metaller hakkında genel bilgiler

Bilinen 114 elementin 92'si olan kimyasal elementlerin çoğunun metal olarak sınıflandırıldığını biliyorsunuz.

Metaller, atomları dış (ve bazıları dış) elektron katmanından elektron bağışlayarak pozitif iyonlara dönüşen kimyasal elementlerdir.

Metal atomlarının bu özelliği, bildiğiniz gibi, dış katmanda nispeten büyük yarıçaplara ve az sayıda elektrona (esas olarak 1'den 3'e kadar) sahip olmaları gerçeğiyle belirlenir.

Tek istisna 6 metaldir: dış tabakadaki germanyum, kalay, kurşun atomları 4 elektrona, antimon atomlarına, bizmut -5, polonyum atomlarına - 6.

Metal atomları, düşük elektronegatiflik değerleri (0,7'den 1,9'a) ve yalnızca indirgeme özellikleri, yani elektron bağışlama yeteneği ile karakterize edilir.

D. I. Mendeleev'in Kimyasal Elementlerin Periyodik Tablosunda, metallerin boron-astatin diyagonalinin altında olduğunu zaten biliyorsunuz, ben de ikincil alt gruplarda üstündeyim. Periyotlarda ve kil alt gruplarında, metali değiştirmede ve dolayısıyla elementlerin atomlarının indirgeme özelliklerinde bildiğiniz düzenlilikler vardır.

Bor-astatin köşegeninin yakınında bulunan kimyasal elementler ikili özelliklere sahiptir: bazı bileşiklerinde metal gibi davranırlar, diğerlerinde ise metal olmayan özellikler sergilerler.

İkincil alt gruplarda, metallerin indirgeme özellikleri çoğunlukla artan seri numarası ile azalır. Bildiğiniz yan alt grubun grup I metallerinin aktivitesini karşılaştırın: Cu, Ag, Au; İkincil bir alt grubun II grubu - ve kendiniz göreceksiniz.

Bu, değerlik elektronlarının bu metallerin atomlarının çekirdeği ile bağ kuvvetinin daha fazla Atomun yarıçapını değil çekirdeğin yükünü etkiler. Çekirdeğin yükünün değeri önemli ölçüde artar, elektronların çekirdeğe olan çekiciliği artar. Bu durumda atomun yarıçapı artmasına rağmen, ana alt grupların metallerininki kadar önemli değildir.

Kimyasal elementlerin oluşturduğu basit maddeler - metaller ve karmaşık metal içeren maddeler Önemli rol dünyanın mineral ve organik "yaşamında". Metal elementlerin atomlarının (yoklarının) olduğunu hatırlamak yeterlidir. ayrılmaz parça insan vücudunda, hayvanlarda, bitkilerde metabolizmayı belirleyen bileşikler. Örneğin insan kanında 76 element bulundu ve bunlardan sadece 14'ü metal değil. İnsan vücudunda bazı metal elementler (kalsiyum, potasyum, sodyum, magnezyum) bulunur. çok sayıda yani makro besinlerdir. Krom, manganez, demir, kobalt, bakır, çinko, molibden gibi metaller de az miktarda bulunur, yani bunlar eser elementlerdir. Bir kişi 70 kg ağırlığındaysa, vücudu şunları içerir (gram olarak): kalsiyum - 1700, potasyum - 250, sodyum - 70, magnezyum - 42, demir - 5. çinko - 3. Tüm metaller son derece önemlidir, sağlık sorunları ortaya çıkar ve onların eksikliğinde ve fazlalığında.

Örneğin, sodyum iyonları vücuttaki su içeriğini, sinir uyarılarının iletimini düzenler. Eksikliği baş ağrısına, halsizliğe, zayıf hafızaya, iştah kaybına, fazlalığı ise tansiyon artışına, hipertansiyona ve kalp hastalığına yol açar. Beslenme uzmanları, yetişkin başına günde 5 g (1 çay kaşığı) sofra tuzundan (NaCl) fazla tüketilmemesini tavsiye ediyor. Metallerin hayvanların ve bitkilerin durumu üzerindeki etkisi Tablo 16'da bulunabilir.

Basit maddeler - metaller

Metallerin (basit maddeler) ve alaşımların üretiminin gelişmesiyle medeniyetin ortaya çıkışı (“Bronz Çağı”, Demir Çağı) bağlantılıydı.

Yaklaşık 100 yıl önce başlayan ve hem endüstriyi hem de sosyal alanı etkileyen bilimsel ve teknolojik devrim, metal üretimi ile de yakından bağlantılıdır. Tungsten, molibden, titanyum ve diğer metaller temelinde, kullanımı makine mühendisliği olanaklarını büyük ölçüde genişleten korozyona dayanıklı, süper sert, refrakter alaşımlar oluşturmaya başladılar. Nükleer ve uzay teknolojisinde, 3000 ºС'ye kadar sıcaklıklarda çalışan parçaları yapmak için tungsten ve renyum alaşımları kullanılır. tıpta tantal ve platin alaşımlarından yapılmış cerrahi aletler, titanyum ve zirkonyum oksit bazlı benzersiz seramikler kullanılmaktadır.

Ve elbette, çoğu alaşımda iyi bilinen metal demirin kullanıldığını (Şekil 37) ve birçok hafif alaşımın temelinin nispeten "genç" metaller olduğunu unutmamalıyız: alüminyum ve magnezyum.

Süpernovalar, örneğin, içinde (demir çubuklu beton gibi) tungsten, molibden, çelik ve diğer metal ve alaşımlardan yapılabilen metal liflerle takviye edilmiş bir polimer veya seramiği temsil eden kompozit malzemelerdir - bunların hepsi malzemeye bağlıdır. malzeme özelliklerini elde etmek için gerekli olan amaç.

Metal kristallerindeki kimyasal bağın doğası hakkında zaten bir fikriniz var. Bunlardan birinin örneğini kullanarak hatırlayın - sodyum, nasıl oluştuğu.
Şekil 38, sodyum metalinin kristal kafesinin bir diyagramını göstermektedir. İçinde, her sodyum atomu sekiz komşu atomla çevrilidir. Sodyum atomları, tüm metaller gibi, birçok serbest değerlik orbitaline ve birkaç değerlik elektronuna sahiptir.

Sodyum atomu Zs 1'in tek değerlik elektronu, dokuz serbest yörüngeden herhangi birini işgal edebilir, çünkü bunlar enerji seviyelerinde çok fazla farklılık göstermezler. Atomlar birbirine yaklaştığında, bir kristal kafes oluşturulduğunda, komşu atomların değerlik orbitalleri üst üste gelir, çünkü elektronlar bir orbitalden diğerine serbestçe hareket etmez ve metal kristalin tüm atomları arasında bir bağlantı kurar.

Bu tür kimyasal bağa metalik bağ denir. Metalik bir bağ, çok sayıda dış enerjik olarak yakın orbitale kıyasla, dış katmandaki atomları birkaç değerlik elektronuna sahip olan elementler tarafından oluşturulur. Değerlik elektronları atomda zayıf bir şekilde tutulur. Bağlantıyı gerçekleştiren elektronlar sosyalleşir ve bir bütün olarak nötr metalin kristal kafesi boyunca hareket eder.

Metalik bağa sahip maddeler, şekilde gösterildiği gibi, genellikle şematik olarak bir kene olarak gösterilen metalik kristal kafeslerle karakterize edilir, düğümler katyonlar ve metal atomlarıdır. Paylaşılan elektronlar, kristal kafeslerinin yakınında bulunan metal katyonları elektrostatik olarak çekerek stabilitesini ve gücünü sağlar (paylaşılan elektronlar siyah küçük toplar olarak gösterilir).

Metalik bağ, kristal kafeste bulunan metal atom iyonları arasındaki metallerde ve alaşımlarda, sosyalleştirilmiş değerlik elektronları tarafından gerçekleştirilen bir bağdır.

Bazı metaller iki veya daha fazla kristal formda kristalleşir. Maddelerin bu özelliğine - birkaç kristal modifikasyonda var olmak - polimorfizm denir. Basit maddeler için polimorfizm sizin tarafınızdan allotropi olarak bilinir.

Kalay iki kristal modifikasyona sahiptir:
alfa - р - 5,74 g/cm3 yoğunlukta 13,2 ºС'nin altında kararlı. Bu gri teneke. sahip kristal kafes almaav tipi (atomik):
betta - p - 6,55 g/cm3 yoğunlukta 13.2 ºС üzerinde stabil. Bu beyaz teneke.

Beyaz kalay çok yumuşak bir metaldir. 13.2 ºº'nin altına soğutulduğunda, gri bir toz halinde parçalanır, çünkü | 1 » n geçişinde özgül hacmi önemli ölçüde artar. Bu fenomene kalay veba denir. Tabii ki, özel bir kimyasal bağ türü ve metallerin kristal kafesi türü, fiziksel özelliklerini belirlemeli ve açıklamalıdır.

Onlar neler? Bunlar metalik parlaklık, plastisite, yüksek elektriksel iletkenlik ve termal iletkenlik, artan sıcaklıkla elektrik direncinde bir artış ve ayrıca yoğunluk, erime ve kaynama noktaları, sertlik ve manyetik özellikler gibi pratik olarak önemli özelliklerdir.

Metallerin temel fiziksel özelliklerini belirleyen nedenleri açıklamaya çalışalım. Metaller neden plastiktir?

Metal kristal kafesli bir kristal üzerindeki mekanik etki, iyon atomlarının katmanlarının birbirine göre kaymasına neden olur, çünkü elektronlar kristal boyunca hareket eder, bağlar kırılmaz, bu nedenle metaller daha fazla plastisite ile karakterize edilir.

Konnline bağları (atomik kristal kafes) olan bir katı üzerinde benzer bir etki, bir kopmaya yol açar. kovalent bağlar. İyonik kafesteki bağların kopması, benzer yüklü iyonların karşılıklı olarak itilmesine yol açar (Şekil 40). Bu nedenle, atomik ve iyonik kristal kafeslere sahip maddeler kırılgandır.

En sünek metaller Au, Af, Cu, Sn, Pb, Zn'dir. Kolayca tel haline getirilirler, dövmeye, preslemeye, saclara haddelemeye uygundurlar.Örneğin, altından 0.008 nm kalınlığında altın folyo yapılabilir ve bu metalin 0,5 g'ından 1 km uzunluğunda bir iplik çekilebilir.

Bildiğiniz gibi oda sıcaklığında sıvı olan cıva bile katı halde düşük sıcaklıklarda kurşun gibi dövülebilir hale gelir. Sadece Bi ve Mn'nin plastisitesi yoktur, kırılgandırlar.

Metaller neden karakteristik bir parlaklığa sahiptir ve aynı zamanda opaktır?

Atomlar arası boşluğu dolduran elektronlar, ışık ışınlarını yansıtır (ve cam gibi iletmez) ve çoğu metal, spektrumun görünür kısmının tüm ışınlarını eşit olarak dağıtır. Bu nedenle, gümüşi beyaz veya Gri renk. Stronsiyum, altın ve bakır kısa dalgaları daha fazla emer (yakın Mor) ve ışık spektrumunun uzun dalga boylarını yansıtır, bu nedenle sırasıyla açık sarı, sarı ve bakır renkleri vardır.

Her ne kadar pratikte metal bize her zaman hafif bir cisim gibi görünmüyor. Birincisi, yüzeyi oksitlenebilir ve parlaklığını kaybedebilir. Bu nedenle, doğal bakır yeşilimsi bir taşa benziyor. İkincisi, saf metal bile parlamayabilir. Çok ince gümüş ve altın tabakaları tamamen beklenmedik bir görünüme sahiptir - mavimsi yeşil bir renge sahiptirler. Ve ince metal tozları koyu gri, hatta siyah görünür.

Gümüş, alüminyum, paladyum en yüksek yansıtıcılığa sahiptir. Spotlar da dahil olmak üzere aynaların imalatında kullanılırlar.

Metaller neden yüksek elektriksel iletkenliğe ve termal iletkenliğe sahiptir?

Uygulanan bir elektrik voltajının etkisi altında bir metalde kaotik olarak hareket eden elektronlar, yönlendirilmiş bir hareket elde eder, yani bir elektrik akımı iletirler. Meta yaprak biti sıcaklığındaki bir artışla, kristal kafesin düğümlerinde bulunan atomların ve iyonların titreşim genlikleri artar. Bu elektronların hareket etmesini zorlaştırır ve metalin elektriksel iletkenliği azalır. Düşük sıcaklıklarda, salınım hareketi, aksine, büyük ölçüde azalır ve metallerin elektriksel iletkenliği keskin bir şekilde artar. Mutlak sıfıra yakın, metallerde pratikte hiç direnç yoktur ve çoğu metalde süperiletkenlik görülür.

Elektrik iletkenliğine sahip metal olmayanların (örneğin, grafit), düşük sıcaklıklarda, aksine, serbest elektronların olmaması nedeniyle elektrik akımı iletmediğine dikkat edilmelidir. Ve sadece sıcaklıktaki bir artışla ve bazı kovalent bağların yok edilmesiyle elektriksel iletkenlikleri artmaya başlar.

Gümüş, bakır ve ayrıca altın, alüminyum en yüksek elektrik iletkenliğine sahiptir, manganez, kurşun ve cıva en düşük değerlere sahiptir.

Çoğu zaman, elektrik iletkenliği ile aynı düzenlilikle, metallerin termal iletkenliği değişir.

Bunlar, titreşen iyonlar ve atomlarla çarpışan, onlarla enerji alışverişinde bulunan serbest elektronların yüksek hareketliliğinden kaynaklanmaktadır. Bu nedenle, metal parçası boyunca bir sıcaklık eşitlemesi vardır.

Metallerin mekanik mukavemeti, yoğunluğu, erime noktası çok farklıdır. Üstelik oekgron sayısındaki artışla. iyon atomlarını bağlar ve kristallerdeki atomlar arası mesafeyi azaltarak bu özelliklerin göstergeleri artar.

Böylece atomları bir değerlik elektronuna sahip alkali metaller yumuşaktır (bıçakla kesilir), düşük yoğunlukludur (lityum p - 0,53 g/cm3 ile en hafif metaldir) ve düşük sıcaklıklarda erir (örneğin, erime sıcaklığı). sezyum noktası 29 "C) Olağan koşullar altında sıvı olan tek metal - cıva - 38.9 "C'lik bir erime noktasına sahiptir.

Atomların dış enerji seviyesinde iki elektronu bulunan kalsiyum çok daha serttir ve daha yüksek sıcaklıkta (842ºC) erir.

Daha da kemerli olanı, üç değerlik elektronuna sahip olan skandiyum atomlarının oluşturduğu kristal kafestir.

Ancak en güçlü kristal kafesler, yüksek yoğunluklar ve erime noktaları, ikincil alt gruplar V, VI, VII, MP gruplarının metallerinde gözlenir. Bu, tarafından açıklanmaktadır. d-alt seviyesinde kaydedilmemiş değerlik elektronlarına sahip yan alt grupların metalleri için, metale ek olarak, atomlar arasında çok güçlü kovalent bağların oluşumu, dış tabakanın elektronları tarafından s-orbitallerinden gerçekleştirilen karakteristiktir.

En ağır metalin osmiyum olduğunu (süper sert ve aşınmaya dayanıklı alaşımların bir bileşeni), en ateşe dayanıklı metalin tungsten olduğunu (lamba filamanları yapmak için kullanılır), en sert metalin krom Cr olduğunu (camı çizer) unutmayın. Metal kesme aletlerinin, ağır makinelerin fren balatalarının vb. yapıldığı malzemelerin bir parçasıdır.

Metaller aşağıdakilere göre farklılık gösterir: manyetik alanlar. Ancak bu işaret üç gruba ayrılır:

Ferromanyetik Zayıf manyetik alanların (demir - alfa formu, kobalt, nikel, gadolinyum) etkisi altında bile manyetize edilebilir;

Paramanyetik, zayıf bir manyetizasyon yeteneği sergiler (alüminyum, krom, titanyum, hemen hemen tüm lantanitler);

Diamanyetik mıknatıs tarafından çekilmez, hatta ondan hafifçe itilir (kalay, telli, bizmut).

Metallerin elektronik yapısı göz önüne alındığında, metalleri ana alt grupların metallerine (k- ve p-elementleri) ve ikincil alt grupların metallerine ayırdığımızı hatırlayın.

Mühendislikte metalleri çeşitli fiziksel özelliklere göre sınıflandırmak gelenekseldir:

a) yoğunluk - ışık (p< 5 г/см3) и тяжелые (все остальные);
b) erime noktası - eriyebilir ve refrakter.

Metallerin kimyasal özelliklerine göre sınıflandırılması

Düşük kimyasal aktiviteye sahip metallere asil (gümüş, altın, platin ve analogları - osmiyum, iridyum, rutenyum, paladyum, rodyum) denir.
Kimyasal özelliklerin yakınlığına göre, alkali (ana alt grubun grup I metalleri), alkali toprak (kalsiyum, stronsiyum, baryum, radyum) ve ayrıca nadir toprak metalleri (skandiyum, itriyum, lantan ve lantanitler, aktinyum ve aktinitler) seçkin.

Metallerin genel kimyasal özellikleri

Metal atomları valans elektronlarından nispeten kolay bir şekilde vazgeçer ve pozitif yüklü olmayanlara geçer, yani oksitlenirler. Bu, bildiğiniz gibi, hem atomların hem de basit metal maddelerin temel ortak özelliğidir.

Kimyasal reaksiyonlarda metaller her zaman bir indirgeyici ajandır. Basit maddelerin atomlarının indirgeme kabiliyeti - D. I. Mendeleev'in Periyodik sisteminin bir periyodunun veya bir ana alt grubunun kimyasal elementleri tarafından oluşturulan metaller, doğal olarak değişir.

Bir metalin sulu çözeltilerde meydana gelen kimyasal reaksiyonlardaki indirgeme aktivitesi, metal voltajlarının elektrokimyasal dizisindeki konumunu yansıtır.

1. Metal bu sırada ne kadar soldaysa, indirgeyici madde o kadar güçlüdür.
2. Her metal, bir dizi voltajda kendinden sonraki metalleri (sağda) yer değiştirebilir (geri yükleyebilir) ve çözelti içinde tuzludur.
3. Hidrojenin solundaki voltaj serisinde bulunan metaller, hidrojeni çözeltideki asitlerden uzaklaştırabilir.
4. Herhangi bir sulu çözeltide en güçlü indirgeyici ajanlar (alkali ve alkali toprak) olan metaller, öncelikle su ile etkileşime girer.

Elektrokimyasal seriden belirlenen bir metalin indirgeme aktivitesi, her zaman Periyodik Tablodaki konumuna karşılık gelmez. Bu, tarafından açıklanmaktadır. Bir dizi voltajda bir metalin konumunu belirlerken, yalnızca elektronların tek tek atomlardan ayrılma enerjisinin değil, aynı zamanda kristal kafesin yok edilmesi için harcanan enerjinin ve aynı zamanda serbest bırakılan enerjinin de dikkate alınması. iyonların hidrasyonu.

Örneğin, lityum sulu çözeltilerde sodyumdan daha aktiftir (ancak Periyodik Tablodaki konumu açısından Na daha aktif bir metaldir). Gerçek şu ki, Li+ iyonlarının hidratasyon enerjisi, Na+ iyonlarının hidrasyon enerjisinden çok daha büyüktür. bu nedenle, ilk süreç enerjik olarak daha elverişlidir.
Metallerin indirgeme özelliklerini karakterize eden genel hükümleri göz önünde bulundurarak, belirli kimyasal reaksiyonlara dönüyoruz.

Basit metal olmayan maddelerle etkileşim

1. Oksijen ile çoğu metal oksitler oluşturur - bazik ve amfoterpi. Krom oksit veya manganez oksit gibi asit geçiş metali oksitleri, metalin oksijen ile doğrudan oksidasyonu ile oluşmaz. Dolaylı olarak elde edilirler.

Alkali metaller Na, K aktif olarak atmosferik oksijenle reaksiyona girerek peroksitler oluşturur.

Sodyum oksit, peroksitlerin ilgili metallerle kalsine edilmesiyle dolaylı olarak elde edilir:

Lityum ve toprak alkali metaller atmosferik oksijenle reaksiyona girerek bazik oksitler oluşturur.

Atmosferik oksijen tarafından hiç oksitlenmeyen altın ve platin metalleri dışındaki diğer metaller, onunla daha az aktif olarak veya ısıtıldığında etkileşime girer.

2. Halojenlerle metaller hidrohalik asitlerin tuzlarını oluşturur.

3. Hidrojen ile en aktif metaller, hidrojenin -1 oksidasyon durumuna sahip olduğu yaygın maddelerden biri olan hidrürler - iyonik tuzlar oluşturur, örneğin:
kalsiyum hidrit.

Birçok geçiş metali hidrojen ile hidrürler oluşturur. özel Tip- atomlar ve iyonlar arasındaki metallerin kristal kafesine hidrojenin bir tür çözünmesi veya eklenmesi varken, metal varlığını korur. görünüm, ancak hacim olarak artar. Absorbe edilen hidrojen metalde, görünüşe göre atomik formdadır. Ara metal hidritler de vardır.

4. Metaller, kükürt - sülfürlerle tuzlar oluşturur.

5. Metaller nitrojen ile biraz daha zor reaksiyona girer, çünkü nitrojen molekülü Г^r'deki kimyasal bağ çok güçlüdür ve nitrürler oluşur. Normal sıcaklıklarda, yalnızca lityum nitrojen ile etkileşime girer.

Karmaşık maddelerle etkileşim

1. Su ile. Alkali ve toprak alkali metaller normal koşullar altında hidrojeni sudan uzaklaştırır ve çözünür alkali bazlar oluşturur.

Hidrojene kadar bir dizi voltajda duran diğer metaller de belirli koşullar altında hidrojeni sudan çıkarabilir. Ancak alüminyum, yalnızca oksit filmi yüzeyinden çıkarılırsa suyla şiddetli bir şekilde etkileşime girer.

Magnezyum su ile sadece kaynama sırasında etkileşir ve hidrojen de açığa çıkar. Suya yanan magnezyum eklenirse, reaksiyon ilerledikçe yanma devam eder: hidrojen yanar. Demir sadece ısıtıldığında su ile etkileşir.

2. Hidrojene kadar bir dizi voltajda olan metaller, çözeltideki asitlerle etkileşime girer. Bu tuz ve hidrojen üretir. Ancak kurşun (ve diğer bazı metaller), voltaj serisindeki (hidrojenin solundaki) konumuna rağmen, seyreltik sülfürik asitte neredeyse çözünmez, çünkü ortaya çıkan kurşun sülfat PbSO çözünmezdir ve metal yüzeyinde koruyucu bir film oluşturur. .

3. Çözeltide daha az aktif metallerin tuzları ile. Böyle bir reaksiyon sonucunda daha aktif bir metalin tuzu oluşur ve daha az aktif bir metal serbest formda salınır.

Elde edilen tuzun çözünür olduğu durumlarda reaksiyonun ilerlediği unutulmamalıdır. Metallerin bileşiklerinden diğer metaller tarafından yer değiştirmesi, ilk olarak önde gelen bir Rus fiziksel kimyager olan N. N. Beketov tarafından ayrıntılı olarak incelenmiştir. Metal gerilmeleri serisinin prototipi haline gelen "ifade serisinde" metalleri kimyasal aktivitelerine göre düzenledi.

4. C organik madde. Organik asitlerle etkileşim, mineral asitlerle reaksiyonlara benzer. Alkoller ise alkali metallerle etkileşime girdiğinde zayıf asidik özellikler sergileyebilir.

Metaller, daha düşük sikloalkanlar elde etmek için ve molekülün karbon iskeletinin daha karmaşık hale geldiği sentezler için kullanılan haloalkanlarla reaksiyonlara katılır (A. Wurtz reaksiyonu):

5. Hidroksitleri amfoterik olan metaller, çözeltideki alkalilerle etkileşime girer.

6. Metaller oluşabilir kimyasal bileşikler genel adını alan birbirleriyle - intermetalik bileşikler. Çoğu zaman, metal olmayan metallerin bileşiklerinin özelliği olan atomların oksidasyon durumlarını göstermezler.

Metaller arası bileşikler genellikle sabit bir bileşime sahip değildir, içlerindeki kimyasal bağ esas olarak metaliktir. Bu bileşiklerin oluşumu, ikincil alt grupların metalleri için daha tipiktir.

Metal oksitler ve hidroksitler

Tipik metaller tarafından oluşturulan oksitler, özelliklerinin doğası gereği tuz oluşturan, bazik olarak sınıflandırılır. Bildiğiniz gibi, hidroksitlere karşılık gelirler. alkali ve alkali toprak metalleri durumunda suda çözünür olan bazlar, güçlü elektrolitlerdir ve alkaliler olarak adlandırılır.

Bazı metallerin oksitleri ve hidroksitleri amfoteriktir, yani etkileşime girdikleri maddelere bağlı olarak hem bazik hem de asidik özellikler gösterebilirler.

Örneğin:

Bileşiklerde değişken oksidasyon durumuna sahip olan ikincil alt grupların birçok metali, doğası metalin oksidasyon durumuna bağlı olan birkaç oksit ve hidroksit oluşturabilir.

Örneğin, bileşiklerdeki krom üç oksidasyon durumu sergiler: +2, +3, +6, bu nedenle üç dizi oksit ve hidroksit oluşturur ve oksidasyon derecesinin artmasıyla asit karakteri artar ve bazik karakter zayıflar.

metallerin korozyonu

Metaller maddelerle etkileşime girdiğinde Çevre Yüzeylerinde, metallerin kendilerinden tamamen farklı özelliklere sahip bileşikler oluşur. Normal bir damarda, demir ve alaşımlarından yapılmış ürünler üzerinde kahverengi-kırmızı bir kaplama gördüğümüz için genellikle "pas", "paslanma" kelimelerini kullanırız. Paslanma, yaygın bir korozyon şeklidir.

Korozyon, mevcut ortamın (lat. - aşındırıcıdan) başka bir deyişle metallerin kendiliğinden yok edilmesi sürecidir ve bir uyarı değildir.

Bununla birlikte, hemen hemen tüm metaller, özelliklerinin birçoğunun bozulduğu (veya tamamen kaybolduğu) yıkıma uğrar: mukavemet, süneklik, parlaklık azalır, elektriksel iletkenlik azalır, makinenin hareketli parçaları arasındaki sürtünme de artar, parçaların boyutları değişiklik vb.

Metallerin korozyonu sürekli ve yerel olabilir.

Sinir, ikincisi kadar tehlikeli değildir, yapıları ve aparatları tasarlarken tezahürleri dikkate alınabilir. Yerel korozyon çok daha tehlikelidir, ancak burada metal kayıpları küçük olabilir. En tehlikeli türlerinden biri noktadır. Tek tek bölümlerin gücü azalırken, yapıların, aparatların ve yapıların güvenilirliği azalırken, lezyonların, yani nokta boşluklarının oluşumundan oluşurlar.

Metallerin korozyonu büyük ekonomik zararlara neden olur. İnsanoğlu, boru hatlarının, makine parçalarının, gemilerin, köprülerin ve çeşitli ekipmanların tahrip edilmesi sonucunda büyük maddi kayıplara uğramaktadır.

Korozyon, metal yapıların güvenilirliğinin azalmasına yol açar.Olası tahribatlar göz önüne alındığında, bazı ürünlerin (örneğin, uçak parçaları, türbin kanatları) mukavemetini abartmak gerekir, bu da artan metal tüketimi anlamına gelir ve bu da ek ekonomik gerektirir. maliyetler.

Korozyon, arızalı ekipmanın değiştirilmesi nedeniyle üretimin durmasına, halo, petrol ve su boru hatlarının tahrip olması sonucu hammadde ve ürün kaybına neden olur. Petrol ürünleri ve diğer sızıntıların doğaya ve dolayısıyla insan sağlığına verdiği zararı hesaba katmamak mümkün değil. kimyasal maddeler. Korozyon, ürünlerin kirlenmesine ve sonuç olarak kalitesinin düşmesine neden olabilir. Korozyonla ilişkili kayıpların telafi edilmesinin maliyeti çok büyüktür. Dünya çapında yıllık metal üretiminin yaklaşık %30'unu oluştururlar.

Tüm söylenenlerden, çok önemli bir problemin metalleri ve alaşımları korozyondan korumanın yollarını bulmak olduğu sonucu çıkar.

Çok çeşitlidirler. Ancak seçimleri için korozyon işlemlerinin kimyasal özünü bilmek ve hesaba katmak gerekir.

Ancak korozyonun kimyasal doğası bir redoks işlemidir. Oluştuğu ortama bağlı olarak, çeşitli korozyon türleri vardır.

En yaygın korozyon türleri kimyasal ve elektrokimyasaldır.

I. İletken olmayan bir ortamda kimyasal korozyon oluşur. Bu tür korozyon, metallerin kuru gazlar veya sıvılar - elektrolit olmayanlar (benzin, gazyağı vb.) ile etkileşimi durumunda kendini gösterir.Motorların, gaz türbinlerinin, roketatarların parça ve bileşenleri bu tür tahribatlara maruz kalır. Metallerin yüksek sıcaklıklarda işlenmesi sırasında kimyasal korozyon sıklıkla gözlenir.

Çoğu metal, atmosferik oksijen tarafından oksitlenir ve yüzeyde oksit filmleri oluşturur. Bu film güçlü, yoğun, metale iyi bağlanmışsa, metali daha fazla tahribattan korur. Demirde gevşek, gözeneklidir, yüzeyden kolayca ayrılır ve bu nedenle metali daha fazla tahribattan koruyamaz.

II. Elektrokimyasal korozyon, iletken bir ortamda (elektrolit) sistem içinde meydana gelmesiyle oluşur. elektrik akımı. Kural olarak, metaller ve alaşımlar heterojendir ve çeşitli safsızlıkların inklüzyonlarını içerir. Elektrolitlerle temas ettiklerinde, yüzeyin bazı kısımları anot rolünü oynamaya başlar (elektron bağışlar), diğerleri ise katot görevi görür (elektronları kabul eder).

Bir durumda gaz çıkışı (Hg) gözlemlenecektir. Diğerinde - pas oluşumu.

Bu nedenle, elektrokimyasal korozyon, akımı ileten ortamlarda (kimyasal korozyonun aksine) meydana gelen bir reaksiyondur. İşlem, iki metal temas ettiğinde veya daha az aktif iletkenler (metal olmayan da olabilir) içeren inklüzyonlar içeren bir metalin yüzeyinde meydana gelir.

Anotta (daha aktif bir metal), metal atomları katyonlar oluşturmak üzere oksitlenir (çözünme).

Katotta (daha az aktif bir iletken), hidrojen iyonları veya oksijen molekülleri, sırasıyla H2 veya OH-hidroksit iyonlarının oluşumuyla indirgenir.

Hidrojen katyonları ve çözünmüş oksijen, elektrokimyasal korozyona neden olan en önemli oksitleyici ajanlardır.

Korozyon hızı ne kadar yüksek olursa, metaller (metal ve safsızlıklar) aktivitelerinde ne kadar farklı olursa (metaller için, bir dizi voltajda o kadar uzakta bulunurlar). Korozyon, artan sıcaklıkla önemli ölçüde artar.

elektrolit olabilir deniz suyu, nehir suyu, yoğun nem ve elbette iyi bilinen elektrolitler - tuz, asit, alkali çözeltileri.

Kışın, kaldırımlardaki karı ve buzu temizlemek için teknik tuzun (sodyum klorür, bazen kalsiyum klorür, vb.) kullanıldığını hatırlarsınız.Sonuç olarak ortaya çıkan çözeltiler kanalizasyon boru hatlarına akar ve böylece yeraltı tesislerinin elektrokimyasal korozyonu için uygun bir ortam yaratır.

Korozyon koruma yöntemleri

Zaten metal yapıların tasarımında, imalatları korozyona karşı koruma önlemleri sağlar.

1. Ürün yüzeylerini, üzerlerinde nem kalmayacak şekilde zımparalayın.
2. Özel katkı maddeleri içeren alaşımlı alaşımların kullanımı: yüksek sıcaklıklarda metal yüzeyinde sabit bir oksit tabakası oluşturan krom, nikel. Alaşımlı çelikler iyi bilinmektedir - ev eşyalarının (kılıflı çatallar, kaşıklar), makine parçalarının, aletlerin yapıldığı paslanmaz çelikler.
3. Koruyucu kaplamaların uygulanması.

Türlerini düşünün.

Metalik olmayan - oksitleyici olmayan yağlar, özel vernikler, boyalar. Doğru, kısa ömürlüler, ancak ucuzlar.

Kimyasal - yapay olarak oluşturulmuş yüzey filmleri: oksit, sitrik, silisit, polimer vb. Örneğin, tüm küçük kollar Birçok hassas aletin parçaları parlatılır - bu, bir çeliğin yüzeyindeki en ince demir oksit filmini elde etme işlemidir. ürün. Ortaya çıkan yapay oksit film çok dayanıklıdır ve ürüne güzel bir siyah renk ve mavi bir renk verir. Polimer kaplamalar polietilen, polivinil klorür, poliamid reçinelerinden yapılır. İki şekilde uygulanırlar: ısıtılmış bir ürün, eriyen ve metale kaynak yapan bir polimer tozuna yerleştirilir veya metal yüzey, hızla buharlaşan düşük sıcaklıkta bir çözücü içinde bir polimer çözeltisi ile işlenir ve polimer film ürün üzerinde kalır.

Metalik kaplamalar, yüzeyinde oksitleyici ajanların etkisi altında kararlı koruyucu filmlerin oluştuğu diğer metallerle kaplamalardır.

Kromun yüzeye uygulanması - krom kaplama, nikel - nikel kaplama, çinko - çinko kaplama, kalaylama vb. Kimyasal olarak pasif bir metal - altın, gümüş, bakır da kaplama görevi görebilir.

4. Elektrokimyasal koruma yöntemleri.

Koruyucu (anodik) - bir anot görevi gören ve bir elektrolit varlığında yok edilen korumalı metal yapıya daha aktif bir metal (koruyucu) parçası eklenir. Gemi gövdelerini, boru hatlarını, kabloları ve diğer şık ürünleri korurken koruyucu olarak magnezyum, alüminyum, çinko;

katot - metal yapı, anotun tahrip olma olasılığını ortadan kaldıran harici bir akım kaynağının katoduna bağlanır.

5. Elektrolitin veya korunan metal yapının bulunduğu ortamın özel muamelesi.

Şam ustalarının kireç çözme ve
pas, bira mayası, un, nişasta ilavesiyle kullanılan sülfürik asit çözeltileri. Bunlar ilk inhibitörler getiriyor ve bunlar arasındaydı. Asidin silah metaline etki etmesine izin vermediler, sonuç olarak sadece kireç ve pas çözüldü. Ural silah ustaları bu amaçlar için dekapaj çorbaları kullandılar - un kepeği ilavesiyle sülfürik asit çözeltileri.

Modern inhibitörlerin kullanım örnekleri: nakliye ve depolama sırasında hidroklorik asit, butilamin türevleri tarafından mükemmel bir şekilde "evcilleştirilir". a sülfürik asit- Nitrik asit; uçucu dietilamin çeşitli kaplara enjekte edilir. İnhibitörlerin yalnızca metal üzerinde etki gösterdiğine ve onu ortama, örneğin bir asit çözeltisine göre pasif hale getirdiğine dikkat edin. Bilim tarafından 5 binden fazla korozyon önleyici bilinmektedir.

Suda çözünmüş oksijenin uzaklaştırılması (hava giderme). Bu işlem, kazan tesislerine giren suların hazırlanmasında kullanılmaktadır.

Metal elde etme yöntemleri

Metallerin önemli kimyasal aktivitesi (atmosferik oksijen, diğer metal olmayanlar, su, tuz çözeltileri, asitler ile etkileşim), yerkabuğunda esas olarak bileşikler şeklinde bulunmalarına yol açar: oksitler, sülfürler, sülfatlar, klorürler, karbonatlar, vb.

Serbest formda, hidrojenin sağındaki voltaj serilerinde bulunan metaller vardır, ancak çok daha sık bakır ve cıva doğada bileşikler şeklinde bulunabilir.

Mineraller ve kayalar saf metallerin çıkarılmasının teknik olarak mümkün ve ekonomik olarak mümkün olduğu metalleri ve bunların bileşiklerini içeren cevherlere cevher denir.

Cevherlerden metal elde etmek metalurjinin görevidir.
Metalurji ayrıca cevherlerden metal elde etmek için endüstriyel yöntemlerin bilimidir. ve sanayi sektörü.
Herhangi bir metalurjik işlem, çeşitli indirgeyici maddeler yardımıyla metal iyonlarının indirgenmesi işlemidir.

Bu işlemi uygulamak için metalin aktivitesini dikkate almak, bir indirgeyici ajan seçmek, teknolojik fizibilite, ekonomik ve çevresel faktörleri dikkate almak gerekir. Buna göre, var aşağıdaki yollar metal elde etme: pirometalurjik. hidrometalurjik, elektrometalurjik.

Pirometalurji, karbon, karbon monoksit (II) kullanılarak yüksek sıcaklıklarda cevherlerden metallerin geri kazanılmasıdır. hidrojen, metaller - alüminyum, magnezyum.

Örneğin, kömür (kok) ile kalsinasyon yoluyla, kalay kasiteritten ve bakır kupritten indirgenir. Sülfür cevherleri önceden hava erişimi ile kavrulur ve daha sonra elde edilen oksit kömür ile indirgenir. Metaller ayrıca karbonat cevherlerinden kömürle pompalanarak izole edilir, çünkü karbonatlar ısıtıldığında ayrışır, oksitlere dönüşür ve ikincisi kömür tarafından indirgenir.

Hidrometalurji, metallerin çözeltideki tuzlarına indirgenmesidir. İşlem 2 aşamada gerçekleşir:

1) doğal bileşik, o metalin tuzunun bir solüsyonunu elde etmek için uygun bir reaktif içinde çözülür;
2) bu metal, elde edilen çözeltiden daha aktif olanla yer değiştirir veya elektroliz ile geri yüklenir. Örneğin, bakır oksit içeren cevherler için bakır elde etmek için CuO, seyreltik sülfürik asit ile işlenir.

Bakır daha sonra ya elektroliz yoluyla ya da sülfatın demir ile yer değiştirmesiyle tuz çözeltisinden çıkarılır. Gümüş, çinko, molibden, altın, uranyum bu şekilde elde edilir.

Elektrometalurji, bileşiklerinin çözeltilerinin veya eriyiklerinin elektrolizi sürecinde metallerin indirgenmesidir.

Elektroliz

Elektrotlar elektrolit çözeltisine indirilir veya erir ve sabit bir elektrik akımı geçerse, iyonlar bir yönde hareket eder: katyonlar - katoda (negatif yüklü elektrot), anyonlar - anoda (pozitif yüklü elektrot) .

Katotta katyonlar elektron alır ve anotta indirgenir, anyonlar elektron verir ve oksitlenir. Bu işleme elektroliz denir.
Elektroliz, bir elektrik akımının sıcak bir telden veya bir elektrolit çözeltisinden geçişi sırasında bir elektrik sisteminde meydana gelen bir oksidasyon-indirgeme işlemidir.

Bu tür işlemlerin en basit örneği, erimiş tuzların elektrolizidir. Bir sodyum klorür eriyiğinin elektroliz sürecini düşünün. Termal ayrışma süreci eriyik içinde gerçekleşir. Bir elektrik akımının etkisi altında katyonlar katoda doğru hareket eder ve ondan elektronları alır.
Katotta sodyum metali oluşur ve anotta klor gazı oluşur.

Hatırlanması gereken en önemli şey, elektroliz sürecinde, kendiliğinden devam edemeyen elektrik enerjisi nedeniyle kimyasal bir reaksiyonun gerçekleşmesidir.

Elektrolit çözeltilerinin elektrolizi durumunda durum daha karmaşıktır.

Bir tuz çözeltisinde metal iyonlarına ve asidik kalıntıya ek olarak su molekülleri de vardır. Bu nedenle, elektrotlarla ilgili işlemler göz önüne alındığında, elektrolize katılımlarını dikkate almak gerekir.

Elektroliz ürünlerinin belirlenmesi için sulu çözeltiler elektrolitler, aşağıdaki kurallar vardır.

1. Katot üzerindeki işlem, yapıldığı katodun malzemesine değil, metalin (elektrolit katyon) elektrokimyasal voltaj serilerindeki konumuna bağlıdır ve eğer:

1.1. Elektrolit katyonu, serinin başlangıcında (Al dahil) voltaj serilerinde bulunur, daha sonra katotta su indirgeme işlemi devam eder (hidrojen serbest bırakılır). Metal katyonları indirgenmez, çözelti içinde kalırlar.
1.2. Elektrolit katyonu, alüminyum ve hidrojen arasında bir dizi voltajdadır, daha sonra hem metal yoklar hem de su molekülleri katotta indirgenir.
1.3. Elektrolit katyonu hidrojenden sonra bir dizi voltajdadır, daha sonra katotta metal katyonları indirgenir.
1.4. Çözelti, farklı metallerin katyonlarını içerir, daha sonra indirilen metal katyon, bir dizi voltajda durarak geri yüklenir.

Bu kurallar Şekil 10'da gösterilmiştir.

2. Anottaki süreç, anodun malzemesine ve annon'un doğasına bağlıdır (Şema 11).

2.1. Anot çözülürse (demir, çinko, bakır, gümüş ve elektroliz sırasında oksitlenen tüm metaller), anyonun doğasından bağımsız olarak anot metali oksitlenir. 2.2. Anot çözülmezse (inert - grafit, altın, platin olarak adlandırılır), o zaman:
a) anoksik asit tuzlarının (prome florürler) çözeltilerinin elektrolizi sırasında, anyon anotta oksitlenir;
b) anotta oksijen içeren asit ve florür tuzlarının çözeltilerinin elektrolizi sırasında, su oksidasyonu süreci meydana gelir. Anyonlar oksitlenmezler, çözelti içinde kalırlar;

Eriyiklerin elektrolizi ve maddelerin çözeltileri endüstride yaygın olarak kullanılmaktadır:

1. Metal elde etmek için (alüminyum, magnezyum, sodyum, kadmiyum sadece elektroliz ile elde edilir).
2. Hidrojen, halojenler, alkaliler elde etmek.
3. Metallerin saflaştırılması için - arıtma (bakır, nikel, kurşunun saflaştırılması elektrokimyasal yöntemle gerçekleştirilir).
4. Metalleri korozyondan korumak için - korozyona dayanıklı (krom, nikel, bakır, gümüş, altın) - galvanik başka bir metalin ince bir tabakası şeklinde koruyucu kaplamalar uygulamak.
5. Metal kopyaların alınması, kayıtlar - galvanik.

pratik görev

1. Metallerin yapısı, D. I. Mendeleev'in Periyodik Kimyasal Element Tablosunun ana ve ikincil alt gruplarındaki konumlarıyla ilgili nasıldır?
2. Neden alkali ve toprak alkali metaller bileşiklerde sırasıyla (+1) ve (+2) tek bir oksidasyon durumuna sahipken, ikincil alt grupların metalleri bir kural olarak bileşiklerde farklı oksidasyon durumları sergiler?
3. Manganez hangi oksidasyon durumlarını sergileyebilir? Bu oksidasyon durumlarında hangi hidrokenda oksitleri manganeze karşılık gelir? Onların karakteri nedir?
4. Grup VII elementlerinin atomlarının elektronik yapısını karşılaştırın: manganez ve klor. Kimyasal özelliklerindeki farkı ve her iki elementte de atomların farklı oksidasyon derecelerinin varlığını açıklayın.
5. Elektrokimyasal voltaj serilerindeki metallerin konumu neden her zaman D. I. Mendeleev'in Periyodik sistemindeki konumlarına karşılık gelmiyor?
9. Sodyum ve magnezyumun asetik asit ile tepkimeleri için denklemler kurunuz. Hangi durumda ve neden reaksiyon hızı daha hızlı olacak?
11. Metal elde etmek için hangi yöntemleri biliyorsunuz? Tüm yöntemlerin özü nedir?
14. Korozyon nedir? Ne tür korozyon biliyorsunuz? Hangisi fiziksel ve kimyasal bir süreçtir?
15. Aşağıdaki işlemler korozyon olarak kabul edilebilir mi: a) elektrik kaynağı sırasında demirin oksidasyonu, b) lehimleme için asitli asit elde edilmesinde çinkonun hidroklorik asit ile etkileşimi? Mantıklı bir cevap verin.
17. Manganez ürünü sudadır ve bakır ürünle temas etmez. İkisi de değişmeyecek mi?
18. Bir demir yapı, üzerinde başka bir metal levha çalınırsa sudaki elektrokimyasal korozyondan korunur mu: a) magnezyum, b) kurşun, c) nikel?
19. Petrol ürünleri (benzin, kerosen) depolamak için kullanılan tankların yüzeyi gümüşle boyanmış - alüminyum tozu ile bitkisel yağlardan birinin karışımı?
20. Bahçe arsasının asitli toprağının yüzeyinde, pirinç musluklar yerleştirilmiş demir borular vardır. Ne aşınacak: boru yiyang musluğu? En belirgin yıkım nerede?
21. Eriyiklerin elektrolizi ile sulu çözeltilerin elektrolizi arasındaki fark nedir?
22*. Tuzlarının eriyiklerinin elektrolizi ile hangi metaller elde edilebilir ve bu maddelerin sulu çözeltilerinin elektrolizi ile elde edilemez?
23*. Baryum klorürün elektrolizi için denklemleri şu şekilde yapın: a) eriyik, b) çözelti
28. 27 g bakır (II) klorür içeren bir çözeltiye 1-4 g demir talaşı ilave edildi. Bu reaksiyon sonucunda hangi bakır kütlesi açığa çıktı?
Cevap: 12.8 gr.
29. Fazla çinkonun, yoğunluğu 1.14 g/ml olan 500 ml %20'lik bir sülfürik asit çözeltisi ile reaksiyona sokulmasıyla hangi kütle çinko sülfat elde edilebilir?
Cevap: 187.3
31. 8 g magnezyum ve magnezyum oksit karışımının hidroklorik asit ile işlenmesi sırasında 5.6 litre hidrojen (n, w.) açığa çıktı. Nedir kütle kesri(% olarak) HAZİRAN orijinal karışımda mı?
Cevap: %75.
34. 10 g ağırlığındaki numunenin bir oksijen akışında yanması sırasında 0,28 l karbon oksit (ІV) (na) toplanmışsa, çelikteki karbonun (karbon ile bir alaşım alaşımı) kütle fraksiyonunu (yüzde olarak) belirleyin. .
Cevap: %1,5.
35. 0,5 g ağırlığındaki bir sodyum numunesi suya yerleştirildi. Sonuçta elde edilen çözeltinin nötralizasyonu 29.2 g %1.5 hidroklorik asit harcamadı. Numunedeki sodyumun kütle oranı (yüzde olarak) nedir?
Cevap: %55.2.
36. Bir bakır ve alüminyum alaşımı, fazla miktarda sodyum hidroksit çözeltisi ile işleme tabi tutuldu ve hacmi 1.344 litre (na) olan bir gaz serbest bırakıldı, reaksiyondan sonra tortu, nitrik asit içinde çözündürüldü, daha sonra çözelti buharlaştırıldı ve 0,4 g alaşım bileşimi olduğu ortaya çıkan sabit bir kütleye kalsine edildi mi? Cevap: 1.08 g Al 0.32 g Cu veya %77.14 Al %22.86 Cu.
37. %20 safsızlık içeren 1 ton kırmızı demir cevherinden (Fe2O3) %94 demir içeren dökme demir kütlesi ne kadar elde edilebilir?
Cevap: 595,74 kg.

Doğadaki metaller

Önceki derslerde dikkatli bir şekilde kimya okuduysanız, periyodik tablonun doksandan fazla metal türü olduğunu ve bunların yaklaşık altmışının metallerde bulunabileceğini bilirsiniz. doğal çevre.

Doğal olarak oluşan metaller kabaca aşağıdaki gruplara ayrılabilir:

Doğada serbest halde bulunabilen metaller;
bileşikler şeklinde oluşan metaller;
karışık halde bulunabilen metaller yani hem serbest halde hem de bileşik halinde bulunabilirler.

Diğer kimyasal elementlerin aksine, metaller doğada oldukça sık basit maddeler şeklinde bulunur. Genellikle yerel bir devlete sahiptirler. Basit maddeler şeklinde sunulan bu tür metaller arasında altın, gümüş, bakır, platin, cıva ve diğerleri bulunur.

Ancak doğal ortamda bulunan tüm metaller doğal bir durumda sunulmaz. Bazı metaller bileşik şeklinde bulunabilir ve mineraller olarak adlandırılır.

Ayrıca gümüş, cıva ve bakır gibi kimyasal elementler hem doğal halde hem de bileşikler halinde bulunabilir.

Daha sonra metallerin elde edilebileceği tüm minerallere cevher denir. Doğada demir içeren cevherler vardır. Bu bileşiğe demir cevheri denir. Ve bileşim bakır içeriyorsa, ancak buna göre böyle bir bileşiğe bakır cevheri denir.

Tabii ki, doğada en yaygın olanı, oksijen ve kükürt ile aktif olarak etkileşime giren metallerdir. Bunlara metal oksitler ve sülfürler denir.

Bir metal oluşturan böyle yaygın bir element alüminyumdur. Alüminyum kilde bulunur ve ayrıca safir ve yakut gibi değerli taşlarda da bulunur.

İkinci en popüler ve yaygın metal demirdir. Genellikle doğada bileşikler halinde bulunur ve doğal haliyle sadece göktaşı taşlarının bileşiminde bulunabilir.

Doğal ortamda veya daha doğrusu yerkabuğunda bir sonraki en yaygın olanı magnezyum, kalsiyum, sodyum, potasyum gibi metallerdir.

Elinizde bozuk para tutarken, muhtemelen onlardan karakteristik bir koku geldiğini fark etmişsinizdir. Ancak bunun metal kokusu değil, metalin insan teriyle temas etmesiyle oluşan bileşiklerden gelen koku olduğu ortaya çıktı.

İsviçre'de dilimlere ayrılarak hediye veya ödeme aracı olarak kullanılabilen çikolata şeklinde altın külçe üretiminin olduğunu biliyor muydunuz? Şirket, bu tür çikolataları altın, gümüş, platin ve paladyumdan üretmektedir. Böyle bir karo dilimlere ayrılırsa, her biri yalnızca bir gram ağırlığındadır.

Yine de, nitinol gibi bir metal alaşımı oldukça ilginç bir özelliğe sahiptir. Hafıza etkisine sahip olması ve ısıtıldığında bu alaşımdan yapılmış deforme olmuş bir ürünün orijinal şekline geri dönebilmesi bakımından benzersizdir. Burçların üretimi için sözde hafızaya sahip bu tür tuhaf malzemeler kullanılır. Düşük sıcaklıklarda büzülme kabiliyetine sahiptirler ve oda sıcaklığında bu burçlar düzleşir ve bu bağlantı kaynak yapmaktan bile daha güvenilirdir. Ve bu fenomen, bu alaşımların termoelastik bir yapıya sahip olması nedeniyle ortaya çıkar.

Altın takılara gümüş veya bakır alaşımı eklemenin neden geleneksel olduğunu hiç merak ettiniz mi? Bunun nedeni, saf altının çok yumuşak olması ve tırnağınızla bile kolayca çizilmesi olduğu ortaya çıktı.